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1、.电网频率事故与汽轮机OPC保护的相互影响及对策杨 松 （西固热电有限责任公司 甘肃省 兰州 730060）摘要电网的不稳定加快了发电厂在系统异常频率下从系统中解列的速度，汽轮发电机DEH系统OPC保护特性反过来增加了电网运行的不稳定性，这种互相的作用对电网的可靠运行产生很大的影响。目前随着汽轮机控制系统越来越多的采用DEH系统，其系统下的OPC保护仅仅是侧重于提高汽轮发电机的安全及性能的考虑，并未对电网的安全稳定运行进行充分考虑。本文针对这种现状提出了可以借鉴的快速缩短OPC保护动作时间的部分经验，以期能对电网的可靠运行有所帮助。关键词电网频率 OPC保护 可靠性0 引言电能的普通使用，必须
2、以电力工业的大发展为前提。而世界各国发展电力工业的共同规律就是发展电网。电网不断扩展，相互连接，跨越了市界、省界，冲破了国界，形成了跨国的大电网。电网之所以能够不断扩展，是因为大电网有很显著的优越性。主要是：合理利用能源；水火电之间的相互补偿以及某些情况下水电跨流域调节；利用各地区负荷特性差异取得错峰效益；正常和事故情况下的相互支援；提高电能质量等。大电网的优越性是显而易见的，但随着电网的发展，电网覆盖的范围越来越大，大电网一旦发生事故且不能迅速消除时，很可能导致稳定破坏和不可控连锁反应，造成大范围、长时间的停电，后果更严重，这是其他行业的事故难以比拟的。我国电网容量在不断增长，制定对策，保证
3、大电网安全稳定运行，防止电网大停电事故，是一项紧急而重大的任务。2005年5.25莫斯科大停电、6.22瑞士大停电及2003年的美加大停电，从一定程度上让我们认识到电能在现代人类社会中的重要作用，它已经成为人们社会生活中不可或缺的基本需求。而现代电力系统的实时性、与其复杂性伴生而至的脆弱性、电力事故后果的恶劣性，使得对电力系统可靠性、安全性的要求达到了一个空前的高度。而维持电力系统的安全可靠运行，不仅仅是为了减小停电损失，更是全社会稳定健康发展的基础。1 我国电网频率的规定和控制根据国家电网调度中心全国互联电网调度管理规程（试行）规定，我国互联电网频率的标准是50Hz，频率偏差不得超过0.2H
4、z。在自动发电控制（AGC）投运情况下，互联电网频率按500.1Hz控制。为保证频率质量而装设的各种自动装置，如自动发电控制（AGC）、低频自起动、高频切机等均应由电网调度统一制定整定方案；其整定值的变更、装置的投入或停用，均应得到电网调度值班调度员的许可后方可进行；当电网频率偏差到自动装置的整定值而装置未动作时，运行值班员应立即进行相应操作，并汇报值班调度员。有关网省调在平衡日发用电时，应安排不低于网内运行最大机组出力的旋转备用容量。为防止电网频率崩溃，各电网内必须装设适当数量的低频减载自动装置， 系统频率升高的幅度与相关电网有功过剩量，系统等效惯性时间常数，发电机组调速器的调速特性，负荷的
5、频率因子等因素有关。2 电网高频切机和低频减载的原则高频切机装置是按频率自动切除机组的装置，是功率过剩的电源端最容易实现的提高系统稳定的措施。自动切机的方式、切机的数量（台数和容量）及切机的时机，都取决于稳定计算的结果。但装置的动作时间应尽量快，以保证切机的效果。精品.低频减负荷装置整定的原则： 1：确保全网及解列后的局部网频率恢复到49.5赫兹，并不得高于51赫兹。 2：在各种运行方式下低频减载装置动作，不应导致系统其他设备过载和联络线超稳定极限。 3：系统功率缺额造成频率下降不应使大机组低频保护动作。 4：低频减负荷顺序未次要用户先切除、较重要的用户后切除。 5：低频减负荷装置所切除的负荷
6、不应被自动重合闸再次投入。并应与其他自动装置配合使用。 6：全网低频减负荷整定切除负荷数量应按年预测最大平均负荷计算，并对可能发生的事故进行校验，然后按用电比例分解到各地区。根据电力系统安全稳定导则的相关规定：在电力系统中，应装设足够数量的自动低频减载装置。当电力系统因事故发生功率缺额时，由自动低频减载装置断开一部分次要负荷，以防止频率过度降低，并使之很快恢复到一定数值，从而保证电力系统的稳定运行和重要负荷的正常工作。 自动低频减载装置的配置及其断开负荷的容量，应根据最不利的运行方式下发生事故时，整个电力系统或其各部分，实际可能发生的最大功率缺额来确定。例如考虑断开孤立发电厂中容量最大的发电机
7、、断开输送功率最大的线路或断开容量最大的发电厂，以及考虑由于联络线事故断开，而引起电力系统解列等。对局部地区事故，如功率缺额很大，为了防止电压急剧下降时，自动低频减载装置失效，宜装设其他自动减载装置。其他自动减载装置可由下列因素起动：发电机、线路或变压器断开或过负荷；输送功率方向改变；频率下降的变化率以及低电压下降等。3 电网事故分裂的后果根据目前有关导则和规程定义，电力系统稳定性指同步稳定性、频率稳定性和电压稳定性。按扰动的程度和扰动后系统波动的过程，同步稳定性又可分为静态稳定性、暂态稳定性和动态稳定性。故障引起网络结构的变化可能导致同步稳定性的破坏，而失去大量有功出力或缺乏无功则可能引起频
8、率崩溃或电压崩溃。电力系统稳定破坏的严惩后果就是大面积停电。电力系统大停电事故往往由稳定破坏后的一系列连锁反应引起，过程复杂，同步稳定、频率稳定和电压稳定破坏都可能出现。电力系统的电源与负荷间正常平衡受到破坏时，频率将发生变化，其变化后的最终稳定数值由电力系统的频率静态特性决定，而频率的变化过程则和电力系统其他运行参数一样，是有其暂态过程的。此暂态过程遵循电力系统频率动态特性变化。电力系统频率动态特性决定于电力系统内所有旋转备用容量的机械特性和所有设备的电气特性。电网事故可能造成电网分裂，部分局域电网内频率会升高，在部分局域电网内频率会降低。对功率过剩与频率上升的一侧处理要求：a.对发电机快速
9、减出力；b.切除部分发电机；c.短时投入电气制动。对发电厂来说频率升高的发电厂，应立即自行降低出力，使频率下降，直至振荡消失或频率降到49.5Hz为止；对功率缺额与频率下降的一侧处理要求：a.切除部分负荷(含抽水运行的蓄能机组)；b.对发电机组快速加出力；c.将发电机快速由调相改发电运行，快速起动备用机组等。对发电厂来说频率降低的发电厂应立即采取果断措施使频率升高，直至49.5Hz以上。4 电网高频和低频对汽轮机发电机的影响电网高频率和低频率对汽轮机运行都是不利的，汽轮机叶片的固有振动频率都按电网频率正常的条件下调整在合格范围。当电网频率高和频率低时，有可能使汽轮机某几级叶片接近或陷入共振区，
10、造成应力显著增加而导致疲劳断裂。5 汽轮机DEH控制系统及OPC超速保护精品.5.1随着科学技术的不断发展，汽轮机组向着大容量、高参数的方向发展，以便获得尽量高的热效率，降低制造、安装和运行成本，这样，设备更加复杂了。特别是在变工况过程中，需要综合控制的因素更多了，原纯液压调节系统和电液并存调节系统已很难满足要求。计算机技术现已广泛用到各种设备的监视和控制中，随着以微处理器为基础的分布式控制系统(DCS)技术的大力发展，运用分散控制、集中管理的设计思想，不但控制的可靠性得到了更大的提高，操作维护人员的劳动强度亦可大大减轻。从六十年代开始我国已掌握了汽轮机电液调节系统的设计技术。八十年代引进汽轮
11、机调节系统DEH技术，并成功进行国产化优化设计。DEH控制系统是以多个工业控制机为核心，以I/O功能板，调理板为载体，以调节、控制、保护软件为主体，以直线式电液伺服阀（DDV）驱动设备，以低压透平油为介质，以油动机为执行机构的闭环的低压全电调数字电液控制系统（简称DEH）。它是以汽轮机系统为基础，通过运用计算机技术、自动控制理论及液压控制理论，完成汽轮机控制及保护使得汽轮机的控制与操作更加合理，简单灵活，而且提高了控制的可靠性和精度。DEH系统中OPC超速保护功能的作用是当汽轮机转速因故升高到额定转速的103时，OPC保护动作，关闭汽轮机相关调门，当汽轮机转速下降到3000转/分时，DEH开启
12、进汽调门，维持汽轮机3000转/分。5.2 DEH系统OPC保护动作后的时间调研表首先我们假设OPC保护动作时间为0秒OPC动作后汽轮机转速下降到3000转/分的时间为t1秒OPC动作后汽轮机转速恢复到3000转/分的时间为t2秒日期汽轮机设备汽轮机型号DEH型号t1t22005-06-21西固热电公司#6机BT-50-2东方汇能电力科技有限公司101462005-07-09西固热电公司#6机BT-50-2东方汇能电力科技有限公司161542005-07-25西固热电公司#8机BT-50-2东方汇能电力科技有限公司193365.3 DEH系统在电网分裂后的表现及产生的后果DEH系统OPC保护是
13、当汽轮机转速3090转/分时动作，对应电网频率为51.5赫兹。当电网故障分裂或其他原因使区域电网频率高达到51.5赫兹时，DEH系统OPC保护动作，将本机所有调门关闭，切断汽轮机进汽即将所有负荷甩光，以保证汽轮机的安全。电网内大量采用DEH系统控制的汽轮机在同一异常电网频率下将全部进入保护转速同时动作关闭汽轮机调门。当DEH甩负荷造成系统负荷缺额较大时，区域电网频率将从高频率跃入低频率。由汽轮机OPC保护动作时间调研表可以看出，由于汽轮机转子惯性作用，汽轮机转速在DEH自动控制下重新稳定在3000转/分的时间均较长，也就是说发电机可以重新带负荷的时间较长，这是电网频率从高周跃入低周并维持较长时
14、间的重要因素之一，也是影响电网稳定性的较大重要因素之一。8：随着国内大容量汽轮机的陆续投运，其控制系统越来越多的采用DEH系统，并且目前运行的很多汽轮机调速系统也陆续改造为DEH系统，但是这种汽轮机 DEH系统的OPC保护仅仅是出于提高汽轮机发电机的安全及性能的保护的考虑，并未对电网的安全稳定运行进行考虑。而且国家电网或区域电网在系统或发电厂解列的事故和系统频率异常的情况下也未见到与汽轮机DEH系统OPC保护这一特殊特性的相关规定和措施。汽轮机DEH系统OPC保护这一特性加快了发电厂从系统中解列的速度，增加了电网的不稳定性，对电网运行的可靠性产生了很大的影响。5.4相关案例2005年5月12日
15、洛阳双源电厂因电网故障造成电网系统分裂，相关小系统周波最高上升至52.29HZ。洛阳双源电厂#1、#2机组OPC动作，汽轮机调门关闭，电负荷至零。随后因小系统有功严重缺额，同时汽轮机调门开启速度远远滞后与频率下降速度，系统频率急剧下降，最低降至45HZ，在低周状态的影响下，造成两台机组跳闸，剩下的唯一机组因过负荷跳闸，造成全厂停电。精品.5.5可参考的处理建议因为OPC动作后恢复带负荷的时间较长，是造成电厂汽轮机快速解列及电网不稳定的较大因素之一。因此缩短OPC动作时间，快速开启汽轮机调门，接带负荷成为处理该类事件的要点。作者所在的电厂可以迅速提高汽轮机转速，缩短汽轮机DEH系统OPC动作时间
16、的办法如下：首先了解本厂所用的汽轮机DEH功率调节有三种方法：功率闭环调节即功率调节;功率开环调节即转速闭环调节；手动调节即转速开环调节。运行人员可以通过操作显示盘或数据终端选择功率调节方式。1）：功率闭环控制：并网后，DEH可以投入功率闭环调节即功频调节，运行人员可以通过操作显示盘或数据终端设定目标功率，DEH将按照设定的负荷率增减给定功率，当实际功率与给定功率有偏差时，系统对偏差信号进行PID（PID控制器是一个负荷控制器，用于比较设定值与实际功率，经过计算后输出控制信号）运算，计算出高压油动机行程，并输出控制信号驱动高压DDV阀，从而控制高压调速油动机，达到控制机组电功率的目的。功率闭环
17、调节可以实现设定目标功率自动升负荷功能。当由于机组参数或网频变化而引起功率波动时，系统能自动调节高压油动机行程，保证机组负荷稳定。2）：功率开环控制：当机组投入功率开环控制时，运行人员可以通过操作显示盘或数据终端给出高压油动机开度指令或通过增减按钮给出增减油动机开度控制负荷来增减负荷。机组稳定运行后，网频的变化引起功率的变化，系统通过调整功率来维持网频，即参与一次调频。3）手动调节：当机组投入转速开环控制时，运行人员通过操作显示盘或数据终端直接给出高压油动机开度指令或通过增减按钮直接给出油动机开度来增减负荷当出现事故时OPC保护动作后汽轮机值班员应迅速将DEH对油动机的控制由自动控制切至手动控
18、制，并根据汽轮机实际转速手动开启高压调速汽门并控制汽轮机转速在3000转/分，就能快速控制汽轮机转速稳定在3000转/分，同时尽快根据电网需要接带负荷。其他DEH系统相关处理有以下可以借鉴的经验：当汽轮机DEH系统OPC转速保护动作后，转速下降到3060转/分，即当OPC动作信号灯灭时，迅速点击“汽轮机启/停”按钮，在弹出的对话框中选择“开机”按钮，在弹出的对话框选择“自动升速”按钮，转速自动维持在3000转/分，保证汽轮机的运行，同时相关电网频率不会进行大幅度跃变。（摘自2005年10月第五期甘肃电力技术汽轮机调速系统改为DEH系统后有关问题探讨永昌发电厂 梅泽君） 参考文献1 全国互联电网调度管理规程（试行） 2 电力系统安全稳定导则3 西固热电厂#8机DEH控制系统说明书 东方汇能电力科技有限公司4 电力工程电工手册（第三分册）如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！精品